太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)?為什么是人類(lèi)能源的寶庫(kù)?如何利用?

【專(zhuān)家解說(shuō)】：太陽(yáng) 太陽(yáng)是一顆普通的恒星,目前在赫-羅圖上度過(guò)了主序生涯的一半左右.它是一個(gè)質(zhì)量為1989.1億億億噸(約為地球質(zhì)量的33萬(wàn)倍)、直徑139.2萬(wàn)km（約為地球直徑的109倍）的熱氣體（嚴(yán)格說(shuō)是等離子體）球.其平均密度為水的1.4倍,但這一平均密度隱含著很寬的密度范圍,從超高密的核心到稀薄的外層. 作為一顆恒星太陽(yáng),其總體外觀性質(zhì)是,光度為383億億億瓦,絕對(duì)星等為4.8,他是一顆黃色G2型矮星,有效溫度等于開(kāi)氏5800度.太陽(yáng)與在軌道上繞它公轉(zhuǎn)的地球的平均距離為149597870km（499.005光秒或1天文單位）.按質(zhì)量計(jì),它的物質(zhì)構(gòu)成是71%的氫、26%的氦和少量重元素.太陽(yáng)圓面在天空的角直徑為32角分,與從地球所見(jiàn)的月球的角直徑很接近,是一個(gè)奇妙的巧合（太陽(yáng)直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍）,使日食看起來(lái)特別壯觀.由于太陽(yáng)比其他恒星離我們近得多,其視星等達(dá)到-26.7,成為地球上看到最明亮的天體.太陽(yáng)每25.4天自轉(zhuǎn)一周（平均周期；赤道比高緯度自轉(zhuǎn)得快）,每2億年繞銀河系中心公轉(zhuǎn)一周.太陽(yáng)因自轉(zhuǎn)而呈輕微扁平狀,與完美球形相差0.001%,相當(dāng)于赤道半徑與極半徑相差6km（地球這一差值為21km,月球?yàn)?km,木星9000km,土星5500km）.差異雖然很小,但測(cè)量這一扁平性卻很重要,因?yàn)槿魏紊源笠稽c(diǎn)的扁平程度（哪怕是0.005%）將改變太陽(yáng)引力對(duì)水星軌道的影響,而使根據(jù)水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)對(duì)廣義相對(duì)論所做的檢驗(yàn)成為不可信.太陽(yáng)基本物理參數(shù)半徑: 696295 千米.質(zhì)量: 1.989×1030 千克溫度: 5800 ℃ (表面)1560萬(wàn)℃ (核心)總輻射功率: 3.83×1026 焦耳/秒平均密度: 1.409 克/立方厘米日地平均距離: 1億5千萬(wàn) 千米年齡: 約50億年對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō),光輝的太陽(yáng)無(wú)疑是宇宙中最重要的天體.萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng),沒(méi)有太陽(yáng),地球上就不可能有姿態(tài)萬(wàn)千的生命現(xiàn)象,當(dāng)然也不會(huì)孕育出作為智能生物的人類(lèi).太陽(yáng)給人們以光明和溫暖,它帶來(lái)了日夜和季節(jié)的輪回,左右著地球冷暖的變化,為地球生命提供了各種形式的能源.在人類(lèi)歷史上,太陽(yáng)一直是許多人頂禮膜拜的對(duì)象.中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽(yáng)神.而在古希臘神話(huà)中,太陽(yáng)神則是宙斯(萬(wàn)神之王)的兒子.太陽(yáng),這個(gè)既令人生畏又受人崇敬的星球,它究竟由什么物質(zhì)所組成,它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢?其實(shí),太陽(yáng)只是一顆非常普通的恒星,在廣袤浩瀚的繁星世界里,太陽(yáng)的亮度、大小和物質(zhì)密度都處于中等水平.只是因?yàn)樗x地球最近,所以看上去是天空中最大最亮的天體.其它恒星離我們都非常遙遠(yuǎn),即使是最近的恒星,也比太陽(yáng)遠(yuǎn)27萬(wàn)倍,看上去只是一個(gè)閃爍的光點(diǎn).組成太陽(yáng)的物質(zhì)大多是些普通的氣體,其中氫約占71％, 氦約占27％, 其它元素占2％.太陽(yáng)從中心向外可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)、太陽(yáng)大氣.太陽(yáng)的大氣層,像地球的大氣層一樣,可按不同的高度和不同的性質(zhì)分成各個(gè)圈層,即光球、色球和日冕三層.我們平?？吹降奶?yáng)表面,是太陽(yáng)大氣的最底層,溫度約是6000攝氏度.它是不透明的,因此我們不能直接看見(jiàn)太陽(yáng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu).但是,天文學(xué)家根據(jù)物理理論和對(duì)太陽(yáng)表面各種現(xiàn)象的研究,建立了太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)的模型.這一模型也已經(jīng)被對(duì)于其他恒星的研究所證實(shí),至少在大的方面,是可信的.太陽(yáng)的核心區(qū)域雖然很小,半徑只是太陽(yáng)半徑的1/4,但卻是太陽(yáng)那巨大能量的真正源頭.太陽(yáng)核心的溫度極高,達(dá)1500萬(wàn)℃,壓力也極大,使得由氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)得以發(fā)生,從而釋放出極大的能量.這些能量再通過(guò)輻射層和對(duì)流層中物質(zhì)的傳遞,才得以傳送到達(dá)太陽(yáng)光球的底部,并通過(guò)光球向外輻射出去.太陽(yáng)光球就是我們平常所看到的太陽(yáng)園面,通常所說(shuō)的太陽(yáng)半徑也是指光球的半徑.光球的表面是氣態(tài)的,其平均密度只有水的幾億分之一,但由于它的厚度達(dá)500千米,所以光球是不透明的.光球?qū)拥拇髿庵写嬖谥ち业幕顒?dòng),用望遠(yuǎn)鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu),很象一顆顆米粒,稱(chēng)之為米粒組織.它們極不穩(wěn)定,一般持續(xù)時(shí)間僅為5～10分鐘,其溫度要比光球的平均溫度高出300～400℃.目前認(rèn)為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對(duì)流造成的現(xiàn)象.光球表面另一種著名的活動(dòng)現(xiàn)象便是太陽(yáng)黑子.黑子是光球?qū)由系木薮髿饬餍郎u,大多呈現(xiàn)近橢圓形,在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑,但實(shí)際上它們的溫度高達(dá)4000℃左右,倘若能把黑子單獨(dú)取出,一個(gè)大黑子便可以發(fā)出相當(dāng)于滿(mǎn)月的光芒.日面上黑子出現(xiàn)的情況不斷變化,這種變化反映了太陽(yáng)輻射能量的變化.太陽(yáng)黑子的變化存在復(fù)雜的周期現(xiàn)象,平均活動(dòng)周期為11.2年.緊貼光球以上的一層大氣稱(chēng)為色球?qū)?平時(shí)不易被觀測(cè)到,過(guò)去這一區(qū)域只是在日全食時(shí)才能被看到.當(dāng)月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間,人們能發(fā)現(xiàn)日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩,那就是色球.色球?qū)雍窦s8000千米,它的化學(xué)組成與光球基本上相同,但色球?qū)觾?nèi)的物質(zhì)密度和壓力要比光球低得多.日常生活中,離熱源越遠(yuǎn)處溫度越低,而太陽(yáng)大氣的情況卻截然相反,光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃,到了色球頂部溫度竟高達(dá)幾萬(wàn)度,再往上,到了日冕區(qū)溫度陡然升至上百萬(wàn)度.人們對(duì)這種反常增溫現(xiàn)象感到疑惑不解,至今也沒(méi)有找到確切的原因.在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰,這就是天文上所謂的“日珥”.日珥是迅速變化著的活動(dòng)現(xiàn)象,一次完整的日珥過(guò)程一般為幾十分鐘.同時(shí),日珥的形狀也可說(shuō)是千姿百態(tài),有的如浮云煙霧,有的似飛瀑?lài)娙?有的好似一彎拱橋,也有的酷似團(tuán)團(tuán)草叢,真是不勝枚舉.天文學(xué)家根據(jù)形態(tài)變化規(guī)模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧?kù)o日珥、活動(dòng)日珥和爆發(fā)日珥三大類(lèi).最為壯觀的要屬爆發(fā)日珥,本來(lái)寧?kù)o或活動(dòng)的日珥,有時(shí)會(huì)突然"怒火沖天",把氣體物質(zhì)拼命往上拋射,然后回轉(zhuǎn)著返回太陽(yáng)表面,形成一個(gè)環(huán)狀,所以又稱(chēng)環(huán)狀日珥.在日全食時(shí)的短暫瞬間,常?？梢钥吹教?yáng)周?chē)私k麗的色球外,還有一大片白里透藍(lán),柔和美麗的暈光,這就是太陽(yáng)大氣的最外層—— 日冕.日冕的范圍在色球之上,一直延伸到好幾個(gè)太陽(yáng)半徑的地方.日冕里的物質(zhì)更加稀薄,它還會(huì)有向外膨脹運(yùn)動(dòng),并使得熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽(yáng)向外流出而形成太陽(yáng)風(fēng).太陽(yáng)看起來(lái)很平靜,實(shí)際上無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生劇烈的活動(dòng).太陽(yáng)表面和大氣層中的活動(dòng)現(xiàn)象,諸如太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)噴發(fā)等,會(huì)使太陽(yáng)風(fēng)大大增強(qiáng),造成許多地球物理現(xiàn)象——例如極光增多、大氣電離層和地磁的變化.太陽(yáng)活動(dòng)和太陽(yáng)風(fēng)的增強(qiáng)還會(huì)嚴(yán)重干擾地球上無(wú)線(xiàn)電通訊及航天設(shè)備的正常工作,使衛(wèi)星上的精密電子儀器遭受損害,地面電力控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)生混亂,甚至可能對(duì)航天飛機(jī)和空間站中宇航員的生命構(gòu)成威脅.因此,監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)和太陽(yáng)風(fēng)的強(qiáng)度,適時(shí)作出"空間氣象"預(yù)報(bào),越來(lái)越顯得重要.在銀河系內(nèi)一千多億顆恒星中,太陽(yáng)只是普通的一員,它位于銀河系的對(duì)稱(chēng)平面附近,距離銀河系中心約26000光年,在銀道面以北約26光年, 它一方面繞著銀心以每秒250公里的速度旋轉(zhuǎn),另一方面又相對(duì)于周?chē)阈且悦棵?9.7公里的速度朝著織女星附近方向運(yùn)動(dòng).太陽(yáng)的年齡約為46億年,它還可以繼續(xù)燃燒約50億年.在其存在的最后階段,太陽(yáng)中的氦將轉(zhuǎn)變成重元素,太陽(yáng)的體積也將開(kāi)始不斷膨脹,直至將地球吞沒(méi).在經(jīng)過(guò)一億年的紅巨星階段后,太陽(yáng)將突然坍縮成一顆白矮星--所有恒星存在的最后階段.再經(jīng)歷幾萬(wàn)億年,它將最終完全冷卻.萬(wàn)物之源——太陽(yáng) 清晨,當(dāng)太陽(yáng)從漫天紅霞中噴薄而出,把萬(wàn)丈金光灑向大地,一種蓬勃向上的激情,就會(huì)油然而生.看到這個(gè)充滿(mǎn)生機(jī)的世界,人們不能不熱愛(ài)和贊美賜予我們生命和力量的萬(wàn)物主宰——太陽(yáng).中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽(yáng)神.而在絢麗多彩的希臘神話(huà)中,太陽(yáng)神被稱(chēng)為“阿波羅”.他右手握著七弦琴,左手托著象征太陽(yáng)的金球,讓光明普照大地,把溫暖送到人間,是萬(wàn)民景仰的神靈.在天文學(xué)中,太陽(yáng)的符號(hào)“⊙”和我們的象形字“日”十分相似,它象征著宇宙之卵. 太陽(yáng)的質(zhì)量相當(dāng)于地球質(zhì)量的33萬(wàn)多倍,體積大約是地球的130萬(wàn)倍,半徑約為70萬(wàn)公里,是地球半徑的109倍多.雖然如此,她在宇宙中也只是一個(gè)普通的恒星.太陽(yáng)的內(nèi)部,從里向外,由核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)、對(duì)流區(qū)三個(gè)層次組成. 太陽(yáng)能 太陽(yáng)能一般指太陽(yáng)光的輻射能量.太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式.太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式.廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源,如風(fēng)能,化學(xué)能,水的勢(shì)能等等. 使用太陽(yáng)電池,通過(guò)光電轉(zhuǎn)換把太陽(yáng)光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能 使用太陽(yáng)能熱水器,利用太陽(yáng)光的熱量加熱水 利用太陽(yáng)光的熱量加熱水,并利用熱水發(fā)電 利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化 現(xiàn)在,太陽(yáng)能的利用還不很普及,利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題,但是太陽(yáng)電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用. 目前,全球最大的屋頂太陽(yáng)能面板系統(tǒng)位于德國(guó)南部比茲塔特(Buerstadt),面積為四萬(wàn)平方米,每年的發(fā)電量為450萬(wàn)千瓦. 日本為了達(dá)成京都議定書(shū)的二氧化碳減量要求,全日本都普設(shè)太陽(yáng)能光電板,位于日本中部的長(zhǎng)野縣飯?zhí)锸?居民在屋頂設(shè)置太陽(yáng)能光電板的比率甚至達(dá)2%,堪稱(chēng)日本第一. 太陽(yáng)能可分為2種: 1.太陽(yáng)能光伏 光伏板組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置,由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成.由于沒(méi)有活動(dòng)的部分,故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗.簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源,較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明,并為電網(wǎng)供電. 光伏板組件可以制成不同形狀,而組件又可連接,以產(chǎn)生更多電力.近年,天臺(tái)及建筑物表面均會(huì)使用光伏板組件,甚至被用作窗戶(hù)、天窗或遮蔽裝置的一部分,這些光伏設(shè)施通常被稱(chēng)為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng). 2.太陽(yáng)熱能 現(xiàn)代的太陽(yáng)熱能科技將陽(yáng)光聚合,并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力.除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒?lái)收集太陽(yáng)能外,建筑物亦可利用太陽(yáng)的光和熱能,方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備,例如巨型的向南窗戶(hù)或使用能吸收及慢慢釋放太陽(yáng)熱力的建筑材料.